김미소 교수, 와일리 라이징 스타·여성 재료과학상 동시 수상

 

KAIST 연구진이 광경화 3D 프린팅의 내구성 한계를 극복할 수 있는 신기술을 개발, 의료용 보형물부터 정밀 기계 부품까지 한층 튼튼하면서도 경제적으로 제작할 수 있는 길을 열었다.

 

KAIST는 기계공학과 김미소 교수 연구팀이 디지털 광 조형(DLP, Digital Light Processing) 기반 3D 프린팅의 내구성 약점을 해결할 수 있는 신기술을 개발했다고 29일 밝혔다. DLP 프린팅은 빛으로 액체 레진을 굳혀 정밀 구조물을 제작하는 기술로 치과·정밀 기계 등 다양한 분야에서 쓰이고 있다. 그러나 내구성이 낮아 충격에 취약한 단점이 있었다.

 

 

연구팀은 ▲충격과 진동을 흡수하면서 다양한 물성을 구현할 수 있는 신규 광경화 레진 소재와 ▲구조물의 각 부위에 최적 강도를 자동 배치하는 머신러닝 기반 설계 기술을 결합해 문제를 해결했다. 특히 ‘동적 결합을 도입한 폴리우레탄 아크릴레이트(PUA)’ 소재를 개발해 기존보다 충격·진동 흡수 능력을 크게 향상시켰다. 또한 빛의 세기를 조절해 하나의 레진에서 서로 다른 강도를 구현하는 ‘회색조 DLP’ 기술을 적용, 부위별 맞춤 강도 부여에 성공했다. 이는 뼈와 연골의 상호 보완적 구조에서 착안한 것이다.

 

머신러닝 알고리즘은 구조와 하중 조건을 분석해 최적의 강도 분포를 자동으로 제안한다. 이로써 소재 개발과 구조 설계가 유기적으로 연결되고 맞춤형 강도 분배가 가능해졌다.

 

경제성 측면에서도 성과가 크다. 기존에는 다양한 물성을 구현하려면 고가의 다중 재료 프린팅 기술이 필요했으나, 이번 기술은 단일 소재·단일 공정만으로 같은 효과를 내 생산 비용을 크게 절감한다. 복잡한 장비나 재료 관리가 필요 없으며, AI 기반 구조 최적화로 연구개발 시간과 설계 비용까지 줄일 수 있다.

 

 

김미소 교수는 “이번 기술은 소재 물성과 구조 설계의 자유도를 동시에 확장한 것”이라며 “환자 맞춤형 보형물은 더 내구성 있고 편안해지고, 정밀 기계 부품도 견고하게 제작할 수 있다. 단일 공정으로 다양한 강도를 구현해 경제성까지 확보한 점이 의미 있다”고 설명했다. 이어 “바이오메디컬, 항공·우주, 로봇 등 다양한 산업 분야로의 활용이 기대된다”고 덧붙였다.

 

이번 연구에는 KAIST 박사과정 남지수 학생이 제1저자로, 성균관대 복신 첸 학생이 공동연구자로 참여했다. 연구 결과는 재료과학 분야 국제 학술지 어드밴스드 머터리얼즈에 7월 16일 온라인 게재됐으며, 권두 도판(Frontispiece)에도 선정됐다.

 

김미소 교수는 이번 연구 성과를 바탕으로 2025년 7월 국제 학술 출판사 와일리(Wiley)가 수여하는 ‘와일리 라이징 스타 어워드’와 ‘와일리 여성 재료과학상’을 동시에 수상했다. 두 상은 각각 학문적 리더로서의 잠재력을 지닌 신진 연구자와 재료과학 분야 여성 과학자의 업적을 기리는 권위 있는 상이다.

 

한편 이번 연구는 과학기술정보통신부 지원으로 한국연구재단 BRIDGE 융합연구개발사업, 중견연구자지원사업, 차세대 반도체 대응 미세기판 기술개발사업의 일환으로 수행됐다.

 

헬로티 이창현 기자 |